弹性畸变能对Ni75Al5V20沉淀过程的微观相场研究

摘要

在高温环境中镍基合金被广泛地应用，其在燃气涡轮发动机和航天先进发动机中发挥着很重要的作用。其中Ni-Al-V合金由于良好的高温性能而备受关注，在其相变过程中的微观组织演化规律一直受到广泛的研究，但通过实验手段难以分析沉淀的整个过程。而计算机模拟具有其独特的优势，是因为它可通过利用微观相场动力学模型来解决合金沉淀过程中的高度非线性、非平衡状态等问题，从而使得合金能够从原子层次来对其沉淀过程中的瞬时形貌进行观察。由于弹性畸变能将影响到析出相的形核长大、组织形貌、原子扩散及其占位几率等。因此，在研究镍基合金沉淀过程时，通过温度与弹性畸变能的耦合进行模拟更加具有现实意义。
　　本文通过利用微观相场动力学模型来对Ni75Al5V20合金进行研究，依次研究了其在T=1250K时，由于弹性畸变能的改变对合金沉淀过程中原子占位形貌、原子占位几率、平均序参数、体积分数的影响，以及当弹性畸变能存在时Ni75Al5V20合金相内部、界面的扩散情况。
　　通过对Ni75Al5V20合金在T=1250K时，对不同弹性畸变能下的沉淀过程进行模拟分析，得出:不同弹性畸变能时，其沉淀过程的微观组织演化过程都可大致分为4个阶段，且沉淀相L12相的颜色变化为:浅蓝色到黄色再变为浅黄色，最后变为青色。随着弹性畸变能的增大，该合金的孕育期缩短，L12相和DO22相从析出到粗化一直更加具有方向性，两相更加细化且形状也更加规则，最终形状都为长条块状;而且在沉淀过程的整个中，都是有利于L12相析出的，对DO22相的析出量影响不大。
　　Ni原子是α1、α2位上的正位原子，V原子是β位上的正位原子。随着弹性畸变能的增加，对各原子在α1位上的最终占位几率影响并不大;促进了α2位上正位原子的占位;在β位上，对Ni原子的最终占位几变化影响不大，Al原子的最终占位几率降低，V原子的最终占位几率增大。而且随着弹性畸变能的逐渐增大，平均成分序参数的平衡值降低，而平均长程序参数平衡值是增大的。
　　当弹性畸变能存在时，在早期沉淀析出的L12相中，V原子要远大于Al原子的占位几率，随着沉淀的继续进行，Al原子的占位逐渐升高，V原子的占位逐渐降低，A当达到各自的平衡状态时，Al原子比V原子的占位几率高，但V原子在L12相中也有一定的占位。
　　Ni75Al5V20合金在生成化学计量比的L12有序相时，Al原子由L12相边界逐渐向其内部扩散，而V原子则由其内部向边界扩散。各原子越靠近L12相的边界扩散速度越快，反之，反之则越慢。且早期沉淀出的L12相的颜色呈现为黄色，随着时效的进行，从相界面处到相内部逐渐变为青色。
　　Ni75Al5V20合金在B=600下进行沉淀时L12相与DO22相之间形成的的界面结构只有一种，即(200)L//(100)D。而DO22相之间形成的界面分别为(001)//(002)、(001)//(001)及孪晶界{101}。

目录

声明

摘要

1．1 合金沉淀相变的研究意义

1．2 合金沉淀相变的研究方法

1．3 镍基合金的简介

1．4 镍基合金沉淀过程研究进展

1．5 微观相场法研究Ni-Al-V合金的研究进展

1．6 本文主要研究的内容和框架体系

2．1 引言

2．2 模型的近似处理

2．3 二元体系动力学模型

2．3．1 二元体系微观扩散方程

2．3．2 微观Langevin方程

2．4 三元体系动力学方程

2．4．1 三元合金体系的微观相场扩散方程

2．4．2 傅立叶空间中的微观Langevin方程

2．4．3 平均场自由能

2．4．4 四近邻原子间相互作用的近似

2．4．5 应用于FCC结构

2．4．6 三维FCC晶格的二维投影

2．4．7 随机噪声项

2．4．8 投影后的最终动力学方程

2．5 本文研究对象

2．6 计算环境

第三章 弹性畸变能与温度耦合对Ni75Al5V20合金沉淀的影响

3．1 沉淀相的有序结构

3．1．2 DO22相结构

3．2 不同弹性畸变能下Ni75Al5V20合金沉淀过程的研究

3．2．1 T=1250K，B=200时Ni75Al5V20合金沉淀过程的研究

3．2．2 T=1250K，B=400时Ni75Al5V20合金沉淀过程的研究

3．2．3 T=1250K，B=600时Ni75Al5V20合金沉淀过程的研究

3．2．4 T=1250K，B=800时Ni75Al5V20合金沉淀过程的研究

3．3 弹性畸变能对原子占位形貌的影响

3．4 弹性畸变能对原子占位几率的影响

3．5 弹性畸变能对平均序参数的影响

3．6 弹性畸变能对体积分数的影响

3．7 本章小结

第四章 Ni75Al5V20合金沉淀过程中各原子在相内及相界面的扩散规律

4．1 Ll2相的内部扩散规律

4．2 Ni75Al5V20合金相界面处的扩散规律

4．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢